井下NMR流体分析仪探头与调谐系统设计

发布时间：2020-03-25 14:08

【摘要】：相比常规的地层流体识别方法而言,地层流体分析仪对地层流体进行实时取样分析,可以连续评估地层流体污染情况,实时获得流体的粘度、气油比等流体性质,是对油气资源精细勘探的有效手段。探头和调谐系统作为地层流体分析仪的重要组成部分,主要作用是产生和接收核磁共振信号。本文将从以下三方面来展开具体研究与设计:首先基于流体分析仪中对静磁场的要求,分区域的设计了静磁场。针对探头内部不同区域对磁场强度和均匀度的差异性要求,提出设计两种永磁体结构:对均匀度要求较低的区域采用极性方向一致的环形磁体;对均匀度要求高的区域采用了halbach结构。同时,设计了马鞍形天线发射高压脉冲产生交变磁场和螺线管天线接收核磁共振回波信号。其次对天线与发射机和接收机的耦合方式进行分析,确定天线调谐的必要性,设计了调谐电路。针对于本项目中天线谐振时高Q值要求和调谐范围的要求,分析四种核磁天线调谐方式,设计了一种分段调谐方法,并通过数据分析和实验证明了调谐电路的结构设计和参数选择的合理性。最后针对测井深度差异引起探头温度变化导致氢核共振频率的变化,设计了扫频电路来确定环境温度下的拉莫尔频率。从硬件设计和软件设计两方面介绍了扫频电路的设计思路及方法,针对关键问题频率合成采用DSP和FPGA联合控制直接式数字频率合成器来实现进行了详细介绍。以硅油样品为实验对象,对设计的电路关键部分及整体性能进行了测试。实验表明:在扫频电路和调谐电路的联合工作下,调谐系统能完成不同工作温度下的拉莫尔频率的确定与调谐,从而获得信噪比高的回波信号。
【图文】：

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图 2-1 陀螺在重力作用下旋转示意图同理，具有磁矩的原子核，其自旋运动相似与旋转的陀螺，在外加静磁场B下，原子核磁矩会绕着0B 的方向旋转，称之为拉莫尔进动[20]。进动频率称之尔频率，由下式决定：02Bf 表明对于给定的原子核，其拉莫尔频率与磁场强度和旋磁比是正相关的。油IL 测量和医用 MRIL 的基础是在选用氢核作为共振核，采用梯度磁场，，则拉率是原子核位置的函数。由量子力学理论可知，产生核磁共振的原子核可以看成量子的一种，量子的能在几个确定的能级之间变化。以自旋量子数为 1/2 的质子为例，其只在两下变化。

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井下快速反演的结存储起来，待仪器取出地面线圈的设计和探头内部静磁成，如图 2-8 所示：钻杆上经探头中心的溢流管道。流核在径向强磁场的作用下会量达到检测要求；接着发射体中的氢质子；最后接收天
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH89

【参考文献】